|
3.6. Сушильная установка
3.6.1. Составляют принципиальную схему сушильной установки с аппаратом псевдоожиженного слоя, калорифером и пылеулавливающим оборудованием [1…4]. По мере выполнения расчетов на схему наносят параметры потоков.
3.6.2. Составляют материальный и тепловой балансы сушки. Определяют производительность по высушенному материалу, испаренной влаге, абсолютно сухому материалу [3,4]. Определяют параметры сушильного агента на входе в сушилку и выходе из нее. Рассчитывают расход сухого воздуха
L = W / (x2 – x0)
где L – расход сухого воздуха, кг/с; W – расход влаги, удаляемой из высушиваемого материала, кг/с; x0 – влагосодержание атмосферного воздуха, кг/кг; x2 – влагосодержание отработанного сушильного агента, кг/кг. Тепловой поток, получаемый воздухом в калорифере
Q = L (I1 – I0)
где I0, I1 – удельные энтальпии воздуха на входе в калорифер и на выходе из него, кДж/кг сухого воздуха.
Энтальпия воздуха на входе в сушилку равна
I1= I0 + Q / L
Из уравнения теплового баланса сушильной установки для нормального сушильного варианта следует
Q = L (I2 – I0) + ∑Q
где I2 – энтальпия воздуха на выходе из сушилки, кДж/кг; ∑Q – суммарные потери теплоты в окружающую среду, на нагрев материала, транспортных устройств.
Для теоретической сушилки
Qт=L (I2 – I0)
Удельный расход теплоты в теоретической сушилке определяют по уравнению
qт = l (I2 – I0)
где qт =Qт /W– удельный расход теплоты, кДж/кг; l = L /W – удельный расход воздуха, кг/кг.
Для реальной сушилки удельный расход теплоты равен:
q = (I1 – I0) / (x2 – x0) = l (I2 – I0)
Разность удельных расходов теплоты в действительной и теоретической сушилках выражается через разность энтальпий сушильного агента на входе и выходе из сушилки:
∆ = q – qт = (I1 – I2) / (x2 – x0)
При отсутствии дополнительного подогрева в сушильной камере (нормальный сушильный вариант) удельные суммарные потери теплоты равны
∆ = ∑Q / W = qм+qт+ qп – св tн
где qм = (Gк/W ) см (tк – tн) – удельный расход теплоты на нагрев высушиваемого материала, кДж/кг испаряемой влаги; tн – начальная температура поступающего в сушилку материала, °С; tк – конечная температура высушенного материала, °С; см – удельная теплоемкость высушенного материала, кДж/(кг·К); св – удельная теплоемкость влаги во влажном материале при температуре tн, кДж/(кг·К); qт – удельный расход тепла на нагрев транспортирующих устройств, кДж/кг испаряемой влаги; в рассматриваемом случае qт = 0; qп – удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг испаряемой влаги.
Конечную температуру высушенного материала можно принять на 2…5°С ниже температуры отработанного воздуха на выходе из сушилки. Тепловые потери в окружающую среду qпот принимают равными 10…15% от суммы всех остальных слагаемых теплового баланса.
3.6.3. На диаграмме I – х строят рабочую линию сушки
I = I1 – ∆(x – x0)
Для построения рабочей линии сушки необходимо знать координаты минимум двух точек. Координаты одной точки (х1, I1) определяют параметры нагретого в калорифере воздуха на входе в сушильную камеру. При нагревании влагосодержание воздуха не изменяется x0= x1. Для нахождения координат другой точки задаются произвольным значением х и определяют соответствующее значение I. Через две точки на диаграмме I – х проводят линию сушки до пересечения с заданной температурой воздуха на выходе из сушилки t2. Точка пересечения линии сушки с изотермой t2соответствует параметрам отработанного сушильного агента (х2, I2).
3.6.4. Рассчитывают скорость начала псевдоожижения wкр для частиц среднего размера dэ, используя графическую зависимость Ly = f (Ar) при порозности слоя материала ε = 0,4 [3] или эмпирическое уравнение [4]
Reкр = Ar / (1400 + 5,22·Ar0,5),
где Reкр – критерий Рейнольдса; Ar – критерий Архимеда.
3.6.5. Рассчитывают wвит - скорость свободного витания наиболее мелких частиц размером dmin (скорость уноса, определяющую верхний предел допустимой скорости в псевдоожиженном слое), пользуясь графической зависимостью Ly = f (Ar) при ε = 0,4 [3], или по эмпирическому уравнению [4]
Reвит = Ar / (18 + 0,575·Ar0,5)
3.6.6. Выбирают рабочую скорость w сушильного агента в интервале изменения значений от wкр до wвит. Эта скорость зависит от предельного числа псевдоожижения Кпр = wвит / wкр. Если Кпр более 40…50, то рабочее число псевдоожижения Кw = w / wкр рекомендуется выбирать в интервале 3…7. При Кпр< 20…30 следует выбрать значение Кw = 1,5…3 [4].
3.6.7. Определяют площадь поперечного сечения S и диаметр сушилки D по объемному расходу сушильного агента. Рассчитывают число отверстий в распределительной решетке и скорость воздуха в отверстиях решетки [4]:
n = 4 S Fc / πd02 =D2Fc / d02
где Fc –доля живого сечения решетки, принимаемая 0,02…0,1; d0 – диаметр отверстий распределительной решетки.
3.6.8. На основании экспериментальных данных по кинетике тепло- и массообмена определяют высоту h псевдоожиженного слоя высушиваемого материала [4]. Рабочую высоту псевдоожиженного слоя, обеспечивающую его гидродинамическую устойчивость работы, принимают, согласно опытным данным, Н = 4Нст. Высота зоны гидродинамической стабилизации Нст связана с диаметром отверстий распределительной решетки d0 соотношением Нст = 20 d0, что обычно значительно превышает величину, рассчитанную по кинетическим закономерностям. При отсутствии опытных данных по кинетике тепло- или массообмена можно пользоваться объемным напряжением сушилок с псевдоожиженным слоем по влаге АV [4]:
Vсл = W / АV
где Vсл – объем псевдоожиженного слоя.
H = Vсл / 0,785·D2
Высоту сепарационного пространства сушилки Нс принимают в 4…6 раз больше высоты псевдоожиженного слоя Н.
3.6.9. Рассчитывают гидравлическое сопротивление сушилки и общее сопротивление установки [3, 4]. Производят расчет и выбор вспомогательного оборудования: циклона и вентилятора [4].
3.6.10. Выполняют тепловой расчет калорифера. Исходный атмосферный воздух подогревается водяным насыщенным паром в кожухотрубчатом теплообменнике.
4. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
Do'stlaringiz bilan baham: |
